CN103631066A - 一种用于光刻曝光的快门装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于光刻曝光的快门装置及其使用方法，包括固定叶片和可动叶片，所述固定叶片和所述可动叶片上分布有孔洞，固定叶片和可动叶片在光束照射区域内的孔洞分布相同，所述可动叶片可通过相对于所述固定叶片运动，使所述可动叶片孔洞与所述固定叶片孔洞由不相交至重合或部分重合，实现快门的开闭。将所述可动叶片孔洞与所述固定叶片孔洞完全交错分开状态设置为快门关闭状态，此时可动叶片的位置为关闭位置；确定曝光剂量范围，将曝光剂量范围分段；确定各个曝光剂量段的可动叶片位置；根据曝光设定剂量，控制可动叶片在所述关闭位置和所述曝光设定剂量所属的曝光剂量段的可动叶片位置之间移动。本发明可以减少曝光时间，提高光束功率的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种快门装置及其使用方法，特别涉及一种用于光刻曝光中的快门装置及其使用方法。
背景技术
光刻机的一个重要指标是最小线宽，曝光剂量的过大或不足都将影响光刻胶显影效果，从而降低最小线宽指标。曝光剂量的精密控制，能为整个光刻工艺稳定打下良好基础。
采用高压汞灯作为光源的曝光系统，曝光剂量的控制通过快门的开闭实现。具体过程如下：高压汞灯输出光功率达到稳定；打开快门开始曝光，同步开始计算曝光剂量；达到设定剂量，关闭快门，曝光结束。在现有技术中，快门只能实现简单的开闭。
图1示出了一种使用旋转叶片结构的快门，快门叶片61通过旋转实现光束的通过与遮挡。由于受制于旋转电机的速度，小剂量曝光需要使用衰减器62对光功率进行衰减以增加曝光时间。衰减器62分为三个部分，分别为75%透过率区域63、100%透过率区域64和15%透过率区域65。该快门装置需要在曝光系统中增加衰减器，并且在衰减器切换衰减率的过程中不可以进行曝光操作，增加了曝光时间；同时由于光束均匀性的要求，快门叶片61实现开闭的过程只能沿一个固定的方向旋转，从而限定了曝光一次的最小时间不能低于叶片旋转一周的时间。美国专利US4839679披露的快门装置采用叶片直线运动的结构，但也存在以上缺陷。
发明内容
现有技术存在的技术问题在于，现有快门装置单次曝光时间长且光束功率不均。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于光刻曝光的快门装置，包括固定叶片和可动叶片，所述固定叶片和所述可动叶片上分布有孔洞，所述固定叶片和所述可动叶片在光束照射区域内的孔洞分布相同，所述可动叶片可通过相对于所述固定叶片运动，使所述可动叶片孔洞与所述固定叶片孔洞由不相交至重合或部分重合，实现快门的开闭。
所述可动叶片相对于所述固定叶片运动可以通过绕转动轴转动实现。
所述可动叶片相对于所述固定叶片运动可以通过平移实现。
本发明还提供了一种前述快门装置的使用方法，包括
将所述可动叶片孔洞与所述固定叶片孔洞完全交错分开状态设置为快门关闭状态，此时可动叶片的位置为关闭位置；
确定曝光剂量范围，将曝光剂量范围分段；
确定各个曝光剂量段的可动叶片位置；
根据曝光设定剂量，控制可动叶片在所述关闭位置和所述曝光设定剂量所属的曝光剂量段的可动叶片位置之间移动。
本发明提出的快门装置不需要使用衰减器装置，省去了切换衰减率使用的时间；可以做小范围的往复运动不会引起光束功率不均，减小了单次曝光的时间。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1为现有技术中一种快门装置的示意图；
图2为本发明转动式快门装置的结构示意图；
图3为图2中叶片上孔洞分布示意图；
图4为图2中的快门开闭示意图；
图5为本发明平移式快门装置的结构示意图；
图6为图5中的快门开闭示意图；
图7为使用本发明快门装置的曝光系统示意图；
图8为本发明快门装置在光路中的位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
第一实施例
参见图2所示，本发明提出了一种用于光刻曝光的快门装置，包括固定叶片12与可动叶片11，固定叶片12固定在某个位置后位置不再变动，可动叶片11与固定叶片12靠近且叶片面相互平行，可动叶片11可以在叶片平面内绕转动轴转动；固定叶片12与可动叶片11上面分布均匀的孔洞。其中，图2左侧部分为本快门装置的侧视图，右侧部分为本快门装置的平面图。
图3为图2中可动叶片11或者固定叶片12上的孔洞分布示意图。固定叶片12与可动叶片11在光束照射区域33内的孔洞分布相同，叶片分为孔洞31与遮光区域32。当可动叶片11与固定叶片12处于孔洞完全重合状态时，叶片上的孔洞31完全透光；当可动叶片11与固定叶片12处于孔洞交错分开时，固定叶片12与可动叶片11上孔洞31被彼此的遮光区域32遮挡，此时在光束照射区域33内是不透光的。
本发明转动式快门装置可以实现三种状态：
1、 关闭状态：固定叶片12的遮光区域将可动叶片11的孔洞完全遮挡住，且可动叶片11的遮光区域将固定叶片12的孔洞完全遮挡，此时快门不透光；
2、 完全打开状态：固定叶片12与可动叶片11的孔洞完全重合，此时光的通过率最大；
3、 部分打开状态：固定叶片12的遮光区域将可动叶片11的孔洞部分遮挡，或可动叶片11的遮光区域将固定叶片12的孔洞部分遮挡，即孔洞部分重合时，此时快门透过的光与孔洞被遮挡的范围大小有关。
图4为转动式快门装置快门开闭示意图，由左至右依次图示了开闭过程中，快门完全打开状态到快门关闭状态再到快门完全打开状态的过程。形态41为快门完全打开状态，此时可动叶片11沿箭头方向顺时针转动；形态42为快门部分打开状态，此时可动叶片11沿箭头方向顺时针转动，形成下一个形态43，形态43为快门关闭状态，形态43中的可动叶片11沿箭头方向逆时针转动形成形态44，形态44为快门的部分打开状态，此时可动叶片11沿箭头方向逆时针转动形成形态45，形态45为快门完全打开状态。可动叶片11在光束照射区域33内绕转动轴13往复转动，实现快门的开闭。
第二实施例
参见图5所示，本发明还提出了一种平移式快门装置，可动叶片21可以在平面内相对固定叶片22平移，同样实现第一实施例中的三种状态。
图5为本实施例平移式快门装置从关闭状态到部分打开状态再到完全打开状态的示意图，由左至右依次图示了开闭过程中，快门完全打开状态到快门关闭状态再到快门完全打开状态的过程。形态51为快门完全打开状态，此时可动叶片11沿箭头方向向右平移；形态52为快门部分打开状态，此时可动叶片21沿箭头方向向右平移，形成下一个形态53，形态53为快门关闭状态，形态53中的可动叶片21沿箭头方向向左平移形成形态54，形态54为快门的部分打开状态，此时可动叶片21沿箭头方向向左平移形成形态55，形态55为快门完全打开状态。可动叶片21在光束照射区域内往复平移，实现快门的开闭。
图7为一种使用本发明快门装置的曝光系统示意图，该曝光系统包括能量传感器1、控制器2、光源3与快门4。如果系统要求曝光的剂量范围是20-100mj，光源3可以为汞灯光源。
其中，能量传感器1与控制器2相互连接，用来测量光束能量，并反馈能量信号给控制器2，能量传感器1响应的能量范围为紫外光波长能量；控制器2与光源3、能量传感器1和快门4相互连接，用来完成信号检测、运算以及发送命令，最终控制光源3以及快门4的运行情况；快门4通过控制光源3发出光束的功率控制曝光剂量；光源3与控制器2相连接，用来发出紫外光束。其中快门使用图2所示的转动式快门装置或图5所示的平移式快门装置。
应用本发明快门装置的曝光方法包括以下流程：
（1） 快门的可动叶片置于初始的关闭位置；
（2） 根据实际需要曝光的剂量计算本次曝光快门可动叶片打开位置；
（3） 快门的可动叶片运动到打开位置，开始曝光；
（4） 曝光达到设定剂量，可动叶片沿相反方向返回到关闭位置。
其中，上述步骤（2）中确定可动叶片打开位置的过程具体包括：
A、 将快门关闭状态时可动叶片的位置设定为a，即为关闭位置；
B、 快门从部分打开状态到完全打开状态的过程中，可动叶片的经过的位置离散为bn，bn由需要曝光的剂量段决定，例如剂量可以在20-100mj范围内实现曝光，假设在20-50mj范围内快门叶片在关闭位置a与部分打开位置b1之间的运动状态较佳，即所用的时间较短，则位置b1作为20-50mj范围内快门叶片的打开位置，同理设置在50-100mj范围快门叶片的打开位置为b2，实际剂量的分段数量与bn的实际位置须经过实际测试后确定，即通过标定实现，标定根据快门叶片的具体控制参数，主要是时间参数确定分段的数量与设定的位置，即在分段的剂量曝光过程中，快门叶片在关闭位置a与设定位置bn之间的运动状态为较佳；
C、 如果设定剂量在20-50mj之间，那么以a作为快门的关闭状态，以b1作为快门的打开状态；曝光过程中控制可动叶片在a与b1之间运动；
D、 如果设定剂量在50-100mj之间，那么以a作为快门的关闭状态，以b2作为快门的打开状态；曝光过程中控制可动叶片在a与b2之间运动；
图8为本发明所述快门装置在光路中的位置。其中灯室90发出光线92，固定叶片22与可动叶片21放置在灯室90的出光口附近，光线92通过固定叶片22与可动叶片21后进入耦合镜组91。固定叶片22与可动叶片21的位置可以调换。这里的快门装置既可以采用转动式的快门装置，也可以采用平移式的快门装置。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
Claims (4)
1.一种用于光刻曝光的快门装置，其特征在于，包括固定叶片和可动叶片，所述固定叶片和所述可动叶片上分布有孔洞，所述固定叶片和所述可动叶片在光束照射区域内的孔洞分布相同，所述可动叶片可通过相对于所述固定叶片运动，使所述可动叶片孔洞与所述固定叶片孔洞由不相交至重合或部分重合，实现快门的开闭。
2.根据权利要求1所述的快门装置，其特征在于，所述可动叶片相对于所述固定叶片运动为绕转动轴转动。
3.根据权利要求1所述的快门装置，其特征在于，所述可动叶片相对于所述固定叶片运动为平移运动。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的快门装置的使用方法，其特征在于，包括：
将所述可动叶片孔洞与所述固定叶片孔洞完全交错分开状态设置为快门关闭状态，此时可动叶片的位置为关闭位置；
确定曝光剂量范围，将曝光剂量范围分段；
确定各个曝光剂量段的可动叶片位置；
根据曝光设定剂量，控制可动叶片在所述关闭位置和所述曝光设定剂量所属的曝光剂量段的可动叶片位置之间移动。
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